分析:(Ⅰ)f(x)=3x
2+2ax+b.依題意則有:
,解得
,所以f(x)=x
3-6x
2+9x;求導(dǎo)f′(x)利用導(dǎo)數(shù)研究f(x)在區(qū)間(0,4]上的變化情況即可得到函數(shù)f(x)=x
3-6x
2+9x在區(qū)間[0,4]上的最大值,最小值.
(Ⅱ)由函數(shù)的定義域是正數(shù)知,s>0,故極值點(3,0)不在區(qū)間[s,t]上;下面分類討論:(1)若極值點M(1,4)在區(qū)間[s,t],(2)若f(x)=x
3-6x
2+9x在[s,t]上單調(diào)增,(3)若f(x)=x
3-6x
2+9x在[s,t]上單調(diào)減,看是不是存在這樣的正數(shù)s即可;
(Ⅲ)同(Ⅱ),極值點(3,0)不可能在區(qū)間[s,t]上;分類討論:(1)若極值點M(1,4)在區(qū)間[s,t],(2)若函數(shù)f(x)在區(qū)間[s,t]單調(diào)遞增,(3)若函數(shù)f(x)在區(qū)間[s,t]單調(diào)遞減,綜上可得結(jié)果.
解答:解:(Ⅰ)f(x)=3x
2+2ax+b.依題意則有:
,所以
,解得
,所以f(x)=x
3-6x
2+9x;
f′(x)=3x
2-12x+9=3(x-1)(x-3),由f′(x)=0可得x=1或x=3.
f′(x),f(x)在區(qū)間(0,4]上的變化情況為:
所以函數(shù)f(x)=x
3-6x
2+9x在區(qū)間[0,4]上的最大值是4,最小值是0.
(Ⅱ)由函數(shù)的定義域是正數(shù)知,s>0,故極值點(3,0)不在區(qū)間[s,t]上;
(1)若極值點M(1,4)在區(qū)間[s,t],此時0<s≤1≤t<3,在此區(qū)間上f(x)的最大值是4,不可能等于t;故在區(qū)間[s,t]上沒有極值點;
(2)若f(x)=x
3-6x
2+9x在[s,t]上單調(diào)增,即0<s<t≤1或3<s<t,
則
,即
,解得
不合要求;
(3)若f(x)=x
3-6x
2+9x在[s,t]上單調(diào)減,即1<s<t<3,則
,
兩式相減并除s-t得:(s+t)
2-6(s+t)-st+10=0,①
兩式相除并開方可得[s(s-3)]
2=[t(t-3)]
2,
即s(3-s)=t(3-t),整理并除以s-t得:s+t=3,②
代入①有st=1,與1<s<t<3矛盾.
(Ⅲ)同(Ⅱ),極值點(3,0)不可能在區(qū)間[s,t]上;
(1)若極值點M(1,4)在區(qū)間[s,t],此時0<s≤1≤t<3,
故有①
| 0<s≤1≤t<3 | kt=4 | ks=f(s) | f(s)≤f(t) |
| |
或②
| 0<s≤1≤t<3 | kt=4 | ks=f(t) | f(s)≥f(t) |
| |
①由k=
,1≤t<3知,k∈(
,4],當(dāng)且僅當(dāng)t=1時,k=4;
再由k=(s-3)
2,0<s≤1知,k∈[4,9),當(dāng)且僅當(dāng)s=1時,k=4
由于s≠t,故不存在滿足要求的k值.
②由s=
f(t)=
f(t)=[
]
2,及0<s≤1可解得2≤t<3,
所以k=
,2≤t<3知,k∈(
,2];
即當(dāng)k∈(
,2]時,存在t=
∈[2,3),s=
f(t)=
f(t)=[
]
2∈(0,1],
且f(s)≥4s=
f(t)>f(t),滿足要求.
(2)若函數(shù)f(x)在區(qū)間[s,t]單調(diào)遞增,則0<s<t≤1或3<s<t,
且
,故s,t是方程x
2-6x+9=k的兩根,
由于此方程兩根之和為3,故[s,t]不可能同在一個單調(diào)增區(qū)間;
(3)若函數(shù)f(x)在區(qū)間[s,t]單調(diào)遞減,則1<s<t<3,
,
兩式相除并整理得s
2(s-3)
2=t
2(t-3)
2,由1<s<t<3知s(s-3)=t(t-3),即s+t=3,
再將兩式相減并除以s-t得,-k=(s
2+st+t
2)-6(s+t)+9=(s+t)
2-6(s+t)+9-st=-st,
即k=st,所以s,t是方程x
2-3x+k=0的兩根,令g(x)=x
2-3x+k,
則
,解得
2<k<,即存在s=
,s=
滿足要求.
綜上可得,當(dāng)
<k<時,存在兩個不等正數(shù)s,t(s<t),
使x∈[s,t]時,函數(shù)f(x)=x
3-6x
2+9x的值域恰好是[ks,kt].